Устройство трансформаторов

Современный трансформатор состоит из различных конструктивных элементов: магнитопровода, обмоток, бака, вводов, выводов и др. Магнитопровод с насаженными на его стержни обмотками составляет активную часть трансформатора. Остальные элементы трансформатора называют неактивными (вспомогательными) частями.

Активные элементы:

1). Магнитопровод – составляет магнитную цепь, по которой замыкается основной магнитный поток трансформатора, а также является основой для установки и крепления обмоток, отводов, переключателей. Он имеет шихтованную конструкцию, т. е. он состоит из тонких (обычно толщиной до 0,5 мм) стальных пластин, изолированных друг от друга тонкой бумагой или лаком. Такая конструкция обусловлена стремлением ослабить вихревые токи.

Основные типы магнитопроводов (рис. 20, рис. 21):

а) стержневые – обмотки охватывают стержни, которые сверху и снизу замкнуты ярмами;

б) броневые – магнитопровод частично охватывает обмотки, как бы «бронируя» их;

в) тороидальные – применяют в однофазных трансформаторахмалой мощности, наматывая обмотки равномерно по всей окружности;

г) бронестержневые (рис. 21) – применяют в трансформаторах большой мощности, при этом увеличивается расход электротехнической стали, но уменьшается высота магнитопровода;

г) тороидальные – имеют форму круга (тора), изготовлены из узкой ленты электротехнической стали путём навивки.

Рис. 20. Схемы стержневого (а), броневого (б) и тороидального (в) сердечников однофазных трансформаторов: 1 – ярмо; 2 – стержень; 3 – обмотки; - 4 – тороидальный магнитопровод.

Рис. 21 Схемы сердечников однофазных трансформаторов большой мощности: а – бронестержневой; б – многостержневой; 1 – верхнее ярмо; 2 – стержень; 3 – обмотки; 4 – боковое ярмо; 5 - боковое совмещённое ярмо.

2).Обмотки – выполняют из обмоточных проводов круглого или прямоугольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей, кабельной бумагой или лаком. Первичную и вторичную обмотки располагают как можно ближе друг к другу для лучшей магнитной связи.

Обмотки по взаимному расположению на стержне разделяют на:

а) концентрические (рис. 22) – размещают на стержне концентрически одну поверх другой, обычно ближе к стержням обмотку НН (низшего напряжения), требующую меньшей изоляции относительно магнитопровода трансформатора, снаружи – обмотку ВН (высшего напряжения);

б) чередующиеся (дисковые) – выполняют в виде отдельных секций (дисков) и располагают в чередующемся порядке (НН – ВН – НН – ВН и т. д.);

в) многослойные – используют в трансформаторах малой мощности, наматывают проводом круглого сечения с эмалевой или хлопчатобумажной изоляцией на каркас из электрокартона или пластмассы и между слоями проводов прокладывают изоляцию из электроизоляционной бумаги или лакоткани;

г) непрерывные спиральные – состоят из ряда последовательно соединённых одинаковых плоских катушек, расположенных друг над другом;

д) винтовые параллельные – наматывают по винтовой линии в осевом направлении, подобно резьбе винта, несколькими параллельными проводами прямоугольного сечения, прилегающими друг к другу в радиальном направлении.

Рис. 22. Концентрические цилиндрические обмотки: 1 – витки из прямоугольного провода; 2 – бумажно-бакелитовый цилиндр; 3, 4 – выводные концы; 5 – вертикальные рейки; 6 – внутренние ответвления обмотки; 7 – аксиальный охлаждающий канал.

Иногда в качестве обмоток высшего напряжения при мощностях до 335 кВ А на стержень и напряжением до 35 кВ применяют многослойные цилиндрические катушечные обмотки (рис. 23).

В трансформаторах электроподвижного состава, у которых вторичная обмотка имеет ряд выводов для изменения напряжения, подаваемого к тяговым двигателям, на каждом стержне располагают по три концентрических обмотки; ближе к стержню нерегулируемую часть вторичной обмотки, в середине – первичную обмотку высшего напряжения и поверх неё – регулируемую часть вторичной обмотки.

В мощных трансформаторах, устанавливаемых на электроподвижном составе, тяговых подстанциях и пр., применяют непрерывные спиральные и винтовые параллельные обмотки, обладающие высокой механической прочностью и надёжностью. Непрерывную спиральную обмотку используют в качестве первичной (ВН) и регулируемой части вторичной (НН) обмотки.

Винтовую параллельную обмотку используют в качестве нерегулируемой части вторичной обмотки.

Рис. 23. Цилиндрическая катушечная (а) и непрерывная (б) обмотки: 1 – бумажно-бакелитовый цилиндр; 2 – аксиальный охлаждающий канал; 3 – опорное изолирующее кольцо; 4 – дисковые катушки; 5 – радиальные охлаждающие каналы; 6 – изоляционная рейка с планками.